на поверхности Марса.
InSight запустили 5 мая 2018 года с базы Ванденберг в 04:05 по времени Тихоокеанского побережья (14:05 мск) при помощи ракеты-носителя Atlas V 401. Сначала станция выведена на полярную орбиту вокруг Земли, а затем, после включения двигателей, выйдет на траекторию полета к Марсу. Вместе с основным аппаратом к Марсу запустили два кубсата MarCO-A и MarCO-B.
26 ноября 2018 года InSight совершит посадку на поверхность Марса на нагорье Элизий.
В случае успеха MarCO-A и MarCO-B будут помогать InSight передавать информацию на Землю и отслеживать посадку на Марс, выполняя функцию «черных ящиков». Полет продлится около полугода – ракета должна пролететь около 485 миллионов километров. Посадка InSight на Марс запланирована на 26 ноября на Elysium Planitia, недалеко от Curiosity.
Самые близкие к Солнцу планеты Солнечной Системы похожи своим составом. Все они появились в процессе так называемой аккреции, когда крупные куски породы сталкивались вместе, налипая друг на друга как снежный ком 4.5 миллиарда лет назад. Под воздействием гравитации и энергии столкновений будущие планеты сначала расплавились, а потом начали постепенно остывать и дифференцироваться, образуя слои: кора из легких элементов снаружи, мантия и ядро из железа и никеля внутри.
Мы знаем довольно много о том, что находится внутри нашей планеты. Что касается Марса, то пока что нам удалось лишь «поскрести» поверхность. «Внутренности» красной планеты отличаются от Земли уже тем, что, насколько мы знаем, у Марса практически отсутствует тектоническая активность, а это значит, что его кора не изменилась со времени образования планеты. Более подробные знания о ней смогут дать информацию о том, какой должна была быть кора нашей планеты до того, как она разделилась на отдельные тектонические плиты с весьма активной динамикой.
Но как мы можем узнать такие подробности? Миссия InSight идет по стопам предыдущих подобных аппаратов, которые летали на Марс (например, миссия Viking), но с обновленным экспериментальным «багажом», который собирали исследователи из США, Германии, Франции, Швейцарии, Бельгии, Австрии, Канады, Польши и Великобритании.
Во-первых, с помощью сейсмометра SEIS аппарат будет наблюдать за сейсмической активностью на Марсе, можно сказать, слушать пульс планеты. Этот чрезвычайно чувствительный прибор будет собирать данные о марсотрясениях, падениях метеоритов и сейсмической активности, вызванной ветрами и пылевым бурями. Для этого он дополнительно оборудован датчиками ветра, давления, температуры и магнитного поля. Аналогично тому, как меняется звук, проходя через различные материалы, сейсмические волны изменяются по мере прохождения через различные материалы коры. Поэтому с помощью SEIS мы сможем узнать больше о ее составе и структуре.
Второй прибор на борту InSight – это зонд HP3 для измерения теплового потока и физических свойств. Он пробурит 5-метровую скважину в поверхности Марса, чтобы следить за изменениями температуры под поверхностью планеты. Это первая скважина такой глубины на Марсе. Измерения определят, как быстро изменяется температура с глубиной: энергия, заложенная при формировании планеты, медленно покидает недра, и, в зависимости от состава коры, это происходит быстро или медленно (в планетарном масштабе, конечно же). На основе данных, которые соберут SEIS и HP3, мы сможем определить, сформированы Земля и Марс из одного и того же материала, или нет.
Третий прибор называется RISE, он будет отслеживать отклонения Марса от орбиты с точностью до сантиметров. Дело в том, что каждая планета немного «колышется» по отношению к своей орбите. Причиной этому служит гравитационное воздействие других комет и космических объектов. Мы знаем, что период таких колыханий Земли составляет 18 лет, а на Марсе – всего один марсовый год (примерно 2 земных).
RISE будет регулярно обмениваться сигналами с Землей, и зная, насколько изменилась частота принятого сигнала за счет эффекта Допплера, можно рассчитать, насколько Марс отклонился от своей орбиты (частота сигнала зависит от скорости объекта, принимающего этот сигнал. Типичный пример эффекта Допплера: когда машина с сиреной проезжает мимо вас, частота звука меняется по мере приближения и удаления машины).
С помощью этой информации можно будет определить размер, состав и физическое состояние ядра планеты, ведь в зависимости того, жидкое оно или твердое, Марс должен по-разному реагировать на гравитационные «приветы» своих соседей (так же как яйцо вкрутую и яйцо всмятку будут крутиться по-разному).
В результате миссии мы должны узнать много нового о внутреннем устройстве Марса и о самом процессе формирования планет. Скорее всего, скоро нам придется снова перепечатывать детские энциклопедии и учебники.
ФИЗИКА
Звуковой чип для квантового компьютера
Физики предлагают использовать в квантовом компьютере акустические колебания и утверждают, что это сделает его компактнее и надежнее.
В работах по созданию квантовых компьютеров традиционно используется микроволновое электромагнитное излучение (фотоны). Однако не так давно появилось альтернативное направление, на основе акустических волн (фононов). Несмотря на то, что квантовоакустический подход пока развит значительно слабее микроволнового, у него есть преимущества, которые могут пригодиться в будущем.
Физики из МФТИ, МИСиС, МГПУ и Лондонского университета разработали квантовую систему, в которой кубит (наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере) взаимодействует с акустическими волнами в резонаторе. Их исследование демонстрирует, что явления и эффекты квантовой оптики работают на акустике, и позволяет использовать в будущем подобные устройства для разработки квантовых компьютеров. Статья с результатами опубликована в Physical Review Letters.
Авторы работы изучали взаимодействие трансмона – одного из видов сверхпроводящих кубитов – с поверхностными акустическими волнами в резонаторе. Эти волны подобны волнам на поверхности моря, но возникают они на поверхности твердого тела.
Собранный чип представляет собой пьезоэлектрическую подложку из кварца, на которую напылена алюминиевая схема из трансмона, резонатора (два зеркала, отражающие волны), излучателя и приемника. Все эти устройства состоят из больших массивов узких металлических полос. Конструкцию поместили в криостат, охлажденный до нескольких десятков милликельвин, то есть до температуры, близкой к абсолютному нулю.
Пьезоэлектрик – материал, преобразующий электромагнитное воздействие в механическое и наоборот. Источник порождает на пьезоэлектрике поверхностную акустическую волну, которая бежит между зеркалами резонатора, отражаясь от них. Резонатор поддерживает и усиливает волны определенных длин. Внутри резонатора находится трансмон с двумя энергетическими уровнями. Между этими уровнями может происходить переход, то есть трансмон ведет себя как искусственный атом.
Кубит взаимодействует с волнами в резонаторе. Он может переходить в возбужденное или основное состояние, поглощая из резонатора энергию или излучая в него энергию с частотой, равной частоте перехода кубита. При этом резонансная частота самого резонатора изменяется в зависимости от состояния кубита. Измеряя характеристики резонатора, можно производить чтение информации с кубита.
Скорость распространения акустических волн в 100 тыс. раз меньше скорости света, следовательно, и длины получающихся
